(57)【要約】  リチウムイオン二次電池システムは、複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、リチウムイオン二次電池のＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部および温度を検出する温度検出部と、リチウムイオン二次電池を加熱するための加熱部と、を備える。ＳＯＣ計測部で計測されたＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定された設定ＳＯＣよりも低く、かつ、温度検出部により測定された温度が、放電レートと関連付けて予め設定された設定温度よりも低いときに、制御部から加熱部に対して、リチウムイオン二次電池が所定の温度になるように熱を供給する指令が発せられる。
2011145250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの充電状態を表すＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの温度を検出する温度検出部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを加熱するための加熱部と、前記加熱部による前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つへの加熱を制御する加熱制御部と、を備え、
前記ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、前記温度検出部により検出された検出温度が、前記放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、前記加熱制御部が前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを所定の目標温度になるように加熱する指令を発することを特徴とするリチウムイオン二次電池システム。
【請求項２】
前記設定ＳＯＣが、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５〜４０％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項３】
前記設定温度が２５〜５０℃である請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項４】
前記目標温度が４５〜５５℃である請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項５】
前記オリビン系リチウム複合リン酸塩が、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）z、ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である、で表される請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項６】
前記一般式（１）で表されるオリビン系リチウム複合リン酸塩が、元素Ｍｅとして、前記群より選ばれる２種以上の元素を含み、かつ、元素Ｍｅの２０モル％以上がＦｅである請求項５に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項７】
前記加熱部が通電により発熱する抵抗体を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項８】
前記加熱部が、熱源として外部熱源を使用する請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項９】
車両の駆動用電源として搭載されるものであり、
前記外部熱源が前記車両の駆動により発生する余熱である請求項８に記載のリチウムイオン二次電池システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システムと、前記複数のリチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むリチウムイオン二次電池を用いた電池システムの放電制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池の放電容量は放電時の温度によって変化することが知られている。具体的には、例えば、放電電流が一定の場合、同一の充電状態（ＳＯＣ）で、放電中の環境温度が低くなればなるほど、放電電圧は低下する。その結果、所定の放電終止電圧に早くに達してしまうために放電容量が小さくなる。そのような低温時における放電電圧の低下は、低温環境下では、リチウムイオンの移動性が低下することにより分極が増大し、それにより電池の内部抵抗が上昇して電圧が低下することによる。【０００３】
上述したような、環境温度が低い場合における放電容量の低下を抑制するために、特許文献１および特許文献２は、電池の使用時に電池の温度を検出し、検出された温度が予め設定された温度に比べて低い場合には、電池を加熱することにより電池の容量が低下することを抑制する技術を開示している。また、別の方法としては、放電終止電圧を低く設定して、放電終止電圧に達することを遅らせることにより、放電容量をわずかでも多めに確保することも試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５９４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウムイオン二次電池の正極活物質として、従来広く実用化されてきたコバルト酸リチウム系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、コバルト酸系リチウムイオン電池という）に代わる活物質として、熱安定性に優れたオリビン系リチウム複合リン酸塩系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、オリビン系リチウムイオン電池という）の実用化が期待されている。【０００６】
しかしながら、オリビン系リチウムイオン電池においても、コバルト酸系リチウムイオン電池と同様に、放電中の環境温度が低くなれば放電電圧が低下して、その結果、放電容量が低下する。従って、特許文献１および特許文献２に開示された技術のように、環境温度が低い場合においては、電池の使用時に電池の温度を検出し、検出された温度が予め設定された温度に比べて低い場合には、電池を加熱することにより電池の容量が低下することを抑制する技術が有効であると思われる。また、放電終止電圧を低く設定することにより、放電終止電圧に達することを遅らせるような方法も有効であると思われる。【０００７】
しかしながら、オリビン系リチウムイオン電池は、ＳＯＣが高い充電状態のときに加熱すると、正極活物質の劣化が促進され易いという問題がある。また、放電終止電圧を低く設定した場合には、正極活物質中の鉄やマンガンなどの金属成分が溶出することにより正極活物質の劣化が促進され易いという問題もある。【０００８】
本発明は、正極にオリビン系リチウム複合リン酸塩を含有するリチウムイオン二次電池の劣化の抑制と、放電容量の確保とを達成し得るリチウムイオン二次電池システムおよび電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面は、オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの充電状態を表すＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの温度を検出する温度検出部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを加熱するための加熱部と、前記加熱部による前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つへの加熱を制御する加熱制御部と、を備え、
前記ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、前記温度検出部により検出された検出温度が、前記放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、前記加熱制御部が前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを所定の目標温度になるように加熱する指令を発することを特徴とするリチウムイオン二次電池システム、である。【００１０】
本発明の他の局面は、上記リチウムイオン二次電池システムと、前記複数のリチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする電池パック、である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、正極にオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むリチウムイオン二次電池において、ＳＯＣが予め設定された設定ＳＯＣよりも低い放電末期のみにリチウムイオン二次電池が加熱されるために、不要な加熱による正極活物質の劣化を抑制することができる。【００１２】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のリチウムイオン二次電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】図１のリチウムイオン二次電池システムの変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図４】正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池の放電特性曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者が、オリビン系リチウムイオン電池の放電特性曲線の温度依存性や放電レート依存性などについて詳細に検討したところ、オリビン系リチウムイオン電池は、コバルト酸系リチウムイオン電池とは放電挙動が異なるために、コバルト酸系リチウムイオン電池とは異なるアプローチにより放電状態を制御する必要性があることが判明した。
【００１５】
図４に、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池の環境温度および放電レートを変化させたときの放電特性曲線を示す。図４中、（ａ）は常温（２５℃）環境下での低レート（０．２Ｃ）放電時の特性曲線、（ｂ）は低温（０℃）環境下での低レート放電時の特性曲線、（ｃ）は常温環境下での高レート（２Ｃ）放電時の特性曲線、（ｄ）は高温（４５℃）環境下での高レート放電時の特性曲線である。
【００１６】
これらの特性曲線から明らかなように、オリビン系リチウムイオン電池の放電電圧は、ＳＯＣが低下する放電末期において急激に低下する。しかしながら、ＳＯＣが低下していない放電初期から中期においては、放電電圧の環境温度に対する依存性が小さい。このため、電池がそれほど放電されておらずＳＯＣが高い状態においては、電池を加熱するメリットが小さいのみならず、電池を加熱することで、電極材料などの劣化が促進されたり、無用にエネルギが消費されたりするなど、デメリットが大きい。一方、ＳＯＣが低い領域においては、曲線（ａ）と（ｃ）との比較から、放電電圧の放電レートに対する依存性が高くなっていることがわかる。具体的には、ＳＯＣの低い領域においては、高レート放電したときには放電電圧の低下が著しく大きくなっている。同様に、曲線（ａ）と（ｂ）との比較、並びに曲線（ｃ）と（ｄ）との比較から、ＳＯＣが低い領域において、放電電圧の環境温度に対する依存性が高くなっていることがわかる。
【００１７】
本発明者は、上記放電曲線に関する考察の結果から、ＳＯＣが低下していない放電初期から中期においては、放電電圧の環境温度に対する依存性が小さいために、電池を加熱することによる容量改善の効果が高くないこと、および、ＳＯＣが低い放電末期においては、環境温度および放電レートに対する電池容量の依存性が著しいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１８】
本発明の一形態のリチウムイオン二次電池システムは、オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、リチウムイオン二次電池の充電状態を表すＳＯＣ（State of Charge）を計測するＳＯＣ計測部と、リチウムイオン二次電池の温度を検出する温度検出部と、リチウムイオン二次電池を加熱するための加熱部と、加熱部によるリチウムイオン二次電池への加熱を制御する加熱制御部と、を備えている。加熱制御部は、ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、温度検出部により検出された検出温度が、放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、リチウムイオン二次電池を所定の目標温度になるように加熱する指令を発する。
【００１９】
ＳＯＣ計測部および温度検出部は、複数のリチウムイオン二次電池の中の少なくとも１つのリチウムイオン二次電池のＳＯＣまたは温度を測定するものであればよい。また、温度検出部は、２以上のリチウムイオン二次電池の温度を検出する場合には、それらのリチウムイオン二次電池の温度を個別に検出してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池の平均定な温度を検出してもよい。同様に、ＳＯＣ計測部は、２以上のリチウムイオン二次電池のＳＯＣを検出する場合には、それらのリチウムイオン二次電池のＳＯＣを個別に検出してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池の平均定なＳＯＣを検出してもよい。ＳＯＣを個別に検出する場合にも、ＳＯＣが等しくなる電池のグループがあれば、グループに１つのＳＯＣを検出すればよい。
【００２０】
加熱部および加熱制御部は、複数のリチウムイオン二次電池の中の少なくとも１つのリチウムイオン二次電池を加熱し、または、その加熱を制御するものであればよい。加熱部は、２以上のリチウムイオン二次電池を加熱する場合には、それらのリチウムイオン二次電池を個別に加熱してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池を全体的に加熱してもよい。加熱制御部は、２以上のリチウムイオン二次電池を個別に加熱する場合には、個々のリチウムイオン二次電池の加熱を個別に制御するのが好ましい。一方、加熱部が２以上のリチウムイオン二次電池を全体的に加熱する場合には、その全体的な加熱を制御するだけでよい。
【００２１】
上記リチウムイオン二次電池システムにおいては、リチウムイオン二次電池に対する加熱は、計測ＳＯＣが、放電レートに応じて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、設定温度が、放電レートに応じて予め設定される温度よりも低い場合にのみ行われる。言い換えれば、リチウムイオン二次電池の計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも高い状態においては、加熱が行われない。したがって、放電末期のＳＯＣが低いときにのみリチウムイオン二次電池が加熱されることから、加熱によるオリビン系リチウム複合リン酸塩の劣化を抑制しながら、電池容量を向上させることができる。さらに、放電容量の向上に余り寄与しない加熱が排除されることから、無用のエネルギの消費を防止することができる。なお、設定ＳＯＣおよび設定温度は、例えば、リチウムイオン二次電池システムと接続される負荷装置（外部機器）が要求する放電レートと関連付けて、予め設定される。
【００２２】
設定ＳＯＣは各リチウムイオン二次電池の満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５〜４０％の範囲内で設定され、設定温度は２５〜５０℃の範囲内で設定されることが、高ＳＯＣ状態かつ高温下で引き起こされるオリビン系リチウム複合リン酸塩の容量劣化を抑制する点から好ましい。
目標温度は、４５〜５５℃の範囲内で設定されることが、過熱によるセパレータなどの変性を抑制する点から好ましい。
【００２３】
オリビン系リチウム複合リン酸塩は、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）z  で表されることが、高容量化の点から好ましい。ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である。元素Ｍｅとして２種以上の元素を含み、かつ、元素Ｍｅの２０モル％以上がＦｅであることが好ましい。
【００２４】
加熱部には、例えば通電により発熱する抵抗体、誘導加熱を利用した加熱装置、および外部熱源を利用した加熱装置等の加熱手段を用いることができる。上記リチウムイオン二次電池が車両の駆動用電源として搭載される場合には、外部熱源として、車両の駆動により発生する余熱を用いることが、エネルギ効率を向上させる点から特に好ましい。または、上記各加熱手段を組み合わせて使用することもできる。特に、外部熱源による加熱を主とし、それを、通電により発熱する抵抗体等の加熱により補助する形態が好ましい。
【００２５】
上述したリチウムイオン二次電池システムは、各リチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と一体化した電池パックとして具体化することができる。あるいは、加熱制御部を独立させて、それを、充放電制御部を含む電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）に組み込み、そのＥＣＵを、例えば負荷装置内に組み込んだような形態で具体化してもよい。
【００２６】
以下に、本発明に係るリチウムイオン二次電池システムの一実施形態として、図１に示す電池パック１０を例に挙げて詳しく説明する。
【００２７】
電池パック１０は、複数のリチウムイオン二次電池１１（１１ａ、１１ｂ、…、１１ｎ）からなる組電池１２と、電池制御部１３と、各リチウムイオン二次電池１１を加熱する加熱部とを備えている。これらは、例えば、樹脂製の図略の筐体内に収容されている。組電池１２は、その筐体外に延出された正極側の接続端子１２ａおよび負極側の接続端子１２ｂと電気的に接続されている。接続端子１２ａおよび接続端子１２ｂは、それぞれ、負荷装置１５の正極側の接続端子１５ａおよび負極側の接続端子１５ｂと接続されている。付加装置１５には、代表的には、ハイブリッドカーおよび電気自動車等の駆動用電動機を使用することができる。あるいは、ノートパソコン、並びに携帯電話等の電子機器を使用することもできる。
【００２８】
接続端子１２ａおよび接続端子１２ｂは、図略の放電用スイッチング素子または放電用スイッチング回路および図略の充電用スイッチング素子または充電用スイッチング回路を介して組電池１２と接続されている。そして、放電用スイッチング素子がオンの場合には、組電池１２から図略の放電回路に電流が流れることにより、負荷装置１５に給電される。一方、充電用スイッチング素子がオンの場合には、組電池１２が外部から供給される電力により充電される。
【００２９】
電池制御部１３は、組電池１２の各リチウムイオン二次電池１１の電圧が、充電時に所定の充電終止電圧を超えず、かつ放電時に所定の放電終止電圧を下回らないように、充電用スイッチング素子および放電用スイッチング素子を制御する充放電制御部を含む。なお、図示例の電池パック１０において、組電池１２と電池制御部１３とは、電池パック１０の筐体の内部に一体的に収納されている。しかし、電池制御部は、電池パックから独立した電子制御ユニットとして、負荷装置１５内に組み込んでもよい。
【００３０】
リチウムイオン二次電池１１は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備える。オリビン系リチウム複合リン酸塩としては、例えば、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）zで表される化合物が挙げられる。ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である。
【００３１】
一般式（１）中のｘはＬｉの原子割合を示し、充放電により変動する。その変動範囲は０＜ｘ≦２である。一方、電池の製造直後の無充電状態でのｘの好ましい範囲は０．９≦ｘ≦１．２である。Ｍｅで表される元素のなかでもＦｅが特に好ましい。Ｍｅが２種以上の元素を表す場合において、Ｍｅで表される元素全体の２０モル％以上はＦｅであることが好ましい。ｙの範囲は３≦ｙ≦４であり、好ましくは３．８≦ｙ≦４である。ｚの範囲は０．５＜ｚ≦１．５であり、好ましくは０．９≦ｚ≦１．１である。オリビン系リチウム複合リン酸塩は、上記例示の中でも特に、ＬｉxＦｅＰＯ4（０＜ｘ≦２）が好ましい。
リチウムイオン二次電池１１は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むことに特徴を有しており、他の構成要素は特に限定されない。
【００３２】
組電池１２は、複数のリチウムイオン二次電池１１ａ、１１ｂ、…、１１ｎが直列接続されて構成されている。組電池は、複数のリチウムイオン二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列接続と並列接続とが組み合わされた組電池であってもよい。
【００３３】
電池制御部１３は、各リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、各リチウムイオン二次電池１１の温度を検出する温度検出部と、加熱部による各リチウムイオン二次電池１１への加熱を制御する加熱制御部２１と、加熱制御部２１による制御に必要とされるデータを格納する記憶部２２と、を備えている。
【００３４】
ＳＯＣ計測部は、タイマ１７と、組電池１２の各リチウムイオン二次電池１１を流れる電流を検出する電流センサ１６と、電流センサ１６の出力信号に基づいて、各リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算部１８とを含む。図示例の組電池１２では、全てのリチウムイオン二次電池１１が直列に接続されているために、ただ１つの電流センサ１６が、組電池１６と端子１２ａとの接続ラインに配置されている。組電池１２の内部に並列接続がある場合には、並列接続関係にある各グループの電池の電流を検出するために、複数の電流センサ１６を配置する必要性が生じることがある。
【００３５】
ＳＯＣ演算部１８は、電流センサ１６により検出された放電電流値と、タイマ１７により計測された放電時間とを用いて、リチウムイオン二次電池１１の放電開始からの総放電電流の積算値を算出して残存容量を算出し、算出された残存容量［ｍＡｈ］をリチウムイオン二次電池１１の満充電状態の容量［ｍＡｈ］で割ることにより、リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣ（％）を演算する。なお、各リチウムイオン二次電池１１の開回路電圧（ＯＣＶ）を定期的に測定し、演算されたＳＯＣの誤差を定期的に補正するのが好ましい。電流センサ１６は、例えば、電流検出抵抗（current sensing resistor）であり、放電電流を電圧に変換して検出する。ＳＯＣ計測部１８による測定結果であるリチウムイオン二次電池１１のＳＯＣのデータは、逐次、記憶部２２に格納される。
【００３６】
温度検出部は、各リチウムイオン二次電池１１の表面または近傍にそれぞれ配置された複数の温度センサ１９ａ、１９ｂ、…、１９ｎと、各温度センサの出力信号に基づいて、各リチウムイオン二次電池１１の温度を逐次演算する温度演算部２０と、を含む。温度演算部２０により演算された各リチウムイオン二次電池１１の温度データは、逐次、記憶部２２に格納される。
【００３７】
加熱部は、加熱制御部２１からの加熱の指令を受けて、各リチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部は、例えば、通電により発熱する抵抗体などである複数のヒータ２３（２３ａ、２３ｂ、…、２３ｎ）と、各ヒータ２３に所定の電流を供給するヒータ駆動部１４とから構成される。ヒータは、各リチウムイオン二次電池１１の数に対応して１対１で設けても、複数個に１個設けても、特定のリチウムイオン二次電池１１を選択して設けてもよい。各ヒータ２３への通電には、リチウムイオン二次電池１１の電力を用いることができる。加熱部には、抵抗体のヒータ２３に限らず、誘導加熱を利用した加熱装置等の各種加熱装置を使用することができる。同様に、温度センサも、各リチウムイオン二次電池１１の数に対応して１対１で設けても、複数個に１個設けても、特定のリチウムイオン二次電池１１を選択して設けてもよい。
【００３８】
加熱制御部２１は、制御部２４に含まれる。制御部２４は、例えば、集積回路（Integrated Circuit）を備えた制御回路である。制御部２４は、加熱制御部２１と、判定部２５と、を備えている。
【００３９】
判定部２５は、記憶部２２に格納された計測ＳＯＣのデータおよび検出温度のデータを取り出し、取り出されたデータと、目的とする放電レートに関連付けて予め設定された設定ＳＯＣ、および放電レートと関連付けて予め設定された設定温度と、を対比する。具体的には、計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出温度が設定温度よりも低いかどうかを、対比により判定する。判定部２５が、計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出温度が設定温度よりも低いと判定した場合には、加熱制御部２１は、各リチウムイオン二次電池１１を所定の目標温度になるように加熱するための指令を発する。
【００４０】
設定ＳＯＣは、満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５〜４０％の範囲内で設定される。ここで満充電状態とは、公称容量の上限まで電池が充電された状態をいう。一方、ＳＯＣ０％の完全放電状態とは、公称容量の下限まで電池が放電された状態をいう。例えば、正極活物質の組成が上記一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）zで表される場合には、満充電状態では、通常、ｘ＝０．０３程度である。
【００４１】
設定ＳＯＣは、５〜４０％の範囲内において、リチウムイオン二次電池１１の放電レートに応じて予め実験データや設計情報に基づいて設定される。例えば、放電レートが低いとき（低率放電時）には、設定ＳＯＣは低めに設定され、放電レートが高いとき（高率放電時）には、設定ＳＯＣは高めに設定される。より具体的には、リチウムイオン二次電池１１の放電レートが０．１〜１Ｃの場合には、設定ＳＯＣは５〜３０％であることが好ましく、放電レートが５〜１０Ｃの場合には、設定ＳＯＣは３５〜４０％であることが好ましい。ここで、１Ｃは公称容量と等しい電気量を１時間で放電するときの電流値であり、例えば、公称容量が１Ａｈであれば、０．１〜１Ｃは０．１〜１Ａであり、５〜１０Ｃは５〜１０Ａである。
【００４２】
また、これに限定されないが、設定ＳＯＣは、例えば、所定の放電レートで予め測定されたリチウムイオン二次電池１１の放電特性に基づいて、次のようにして決定することができる。まず、所定の放電レートでＳＯＣが５０％である時の電圧を基準とする。次に、リチウムイオン二次電池１１の電圧が、基準とした電圧から０．０５〜０．１５Ｖ（概ね０．１Ｖ）降下した時点のＳＯＣを求める。こうして求められたＳＯＣの値を、当該放電レートでの設定ＳＯＣとする。
【００４３】
また、設定温度は、２５〜５０℃の範囲、好ましくは３０〜５０℃の範囲で放電レートに応じて予め実験データや設計情報に基づいて設定される。例えば、設定温度は、低率放電時に比較的低めに設定され、高率放電時に比較的高い値に設定される。さらに具体的には、リチウムイオン二次電池１１の放電レートが０．１〜１Ｃの場合には、設定温度は３０〜３５℃であることが好ましく、放電レートが５〜１０Ｃの場合には、設定温度は４０〜５０℃であることが好ましい。また、これに限定されないが、設定温度は、例えば、放電レートが０．１Ｃ、温度が３０℃である時のリチウムイオン二次電池１１の放電容量を基準として、この基準の放電容量と同程度の放電容量が得られるように、放電レートに応じて予め設定しておくことが好ましい。
【００４４】
そして、加熱部によりリチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部によるリチウムイオン二次電池１１の加熱が一定時間行われたときに温度演算部２０から受けたデータにより、加熱制御部２１が各リチウムイオン二次電池１１の検出温度が所定の目標温度に達したと判定した場合には、加熱部に対して加熱を停止する指令を発する。このようにして、加熱制御部２１による加熱部に対する加熱制御が行われる。
リチウムイオン二次電池１１の目標温度は、例えば、４５〜５５℃程度の範囲であることが好ましい。
【００４５】
次に、図２を参照して、図１のリチウムイオン二次電池システムの動作について詳しく説明する。
図示例のリチウムイオン二次電池システムにおいては、はじめに、電池パック１０が給電する負荷装置１５の特性に応じて特定される放電レートと関連付けて、設定ＳＯＣおよび設定温度を決定する。すなわち、設定ＳＯＣおよび設定温度は、放電レートと関連付けた三次元データ（（ｘ，ｙ，ｚ）＝（設定ＳＯＣ，設定温度，放電レート））として、予め実験的または設計的に定められる。この設定値は、記憶部２２に予め格納される（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、図略の放電用スイッチング素子がオンされることにより、所定の放電回路により電池パック１０から放電が開始されて、負荷装置１５に給電が開始される。放電開始と同時に、ＳＯＣ計測部によるリチウムイオン二次電池１１のＳＯＣの計測が開始される（ステップＳ２）。また、温度検出部によるリチウムイオン二次電池１１の温度の検出も開始される（ステップＳ３）。ステップＳ２と、ステップＳ３との実行順序は特に限定されず、ステップＳ３をステップＳ２よりも先に実行してもよい。
【００４７】
計測されたリチウムイオン二次電池１１の計測ＳＯＣが、記憶部２２に予め格納された設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出されたリチウムイオン二次電池１１の検出温度が、記憶部２２に予め格納された設定温度よりも低い場合には（ステップＳ４でＹＥＳの場合には）、加熱制御部２１からヒータ駆動部１４に対して、リチウムイオン二次電池１１を加熱するという指令が発せられる。これにより、ヒータ２３に通電されて、リチウムイオン二次電池１１の加熱が開始される（ステップＳ６）。
【００４８】
一連の処理は、リチウムイオン二次電池１１の電圧が低下して、放電終止電圧に達するまでの間、繰り返し実行される。
【００４９】
次に、図３を参照して、本実施形態の他の一例としての、車両の駆動用電源として搭載されるリチウムイオン二次電池システム３０を説明する。
リチウムイオン二次電池システム３０は、複数のリチウムイオン二次電池１１からなる組電池１２と、電池ＥＣＵ３１と、組電池１２に接続される負荷装置１５と、熱源部３２を含む加熱部と、を備えている。図１と同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、以降の説明を省略する。
【００５０】
電池ＥＣＵ３１は、図１の装置と同様のＳＯＣ計測部、温度検出部および記憶部２２と、リチウムイオン二次電池システム３０を制御するための制御部３４と、を備えている。
【００５１】
制御部３４は、例えば集積回路を備えた制御回路であって、加熱制御部３５と、判定部２５と、を備えている。
加熱部は、外部熱源である熱源部３２から供給される熱量により各リチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部は、流体ポンプ３３と、各リチウムイオン二次電池１１の表面または近傍に配置される熱媒体流路３６とを含む。熱源部３２としては、例えば、車両の駆動により発生する余熱を用いることができる。このような余熱は、エア、水、オイルなどの熱交換流体に蓄熱させた上で流体ポンプ３３により熱媒体流路３６に供給される。流体ポンプ３３は、熱交換流体を、加熱制御部３５からの指令に応じて、熱媒体流路３６と熱源部３２との間で還流させる。これにより、各リチウムイオン二次電池１１が加熱される。
【００５２】
図３に示すリチウムイオン二次電池システム３０の動作は、リチウムイオン二次電池１１を加熱するための熱源として電池システム外部の熱源部３２を用いる点において異なること以外は、図１に示すリチウムイオン二次電池システム１０と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、電気自動車、ハイブリッドカーなどの大電流放電を要する電池システムとして有用である。【００５４】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  電池パック、  １１（１１ａ、１１ｂ、１１ｎ）  リチウムイオン二次電池、  １２  組電池、  １２ａ  接続端子、  １２ｂ  接続端子、  １３  電池制御部、  １４  ヒータ駆動部、  １５  負荷装置、  １５ａ  接続端子、  １５ｂ  接続端子、  １６  電流センサ、  １７  タイマ、  １８  ＳＯＣ演算部、  １９ａ  温度センサ、  １９ｂ  温度センサ、  １９ｎ  温度センサ、  ２０  温度演算部、  ２１  加熱制御部、  ２２  記憶部、  ２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｎ）ヒータ、  ２５  判定部、  ３０  リチウムイオン二次電池システム、  ３２  熱源部、  ３３  流体ポンプ、  ３４  制御部、  ３５  加熱制御部、  ３６  熱媒体流路
【図１】
2011145250.tif 000003
【図２】
2011145250.tif 000004
【図３】
2011145250.tif 000005
【図４】
2011145250.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月6日(2011.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
リチウムイオン二次電池の正極活物質として、従来広く実用化されてきたコバルト酸リチウム系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、コバルト酸系リチウムイオン電池という）に代わる電池として、熱安定性に優れたオリビン系リチウム複合リン酸塩系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、オリビン系リチウムイオン電池という）の実用化が期待されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記リチウムイオン二次電池システムにおいては、リチウムイオン二次電池に対する加熱は、計測ＳＯＣが、放電レートに応じて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出温度が、放電レートに応じて予め設定される温度よりも低い場合にのみ行われる。言い換えれば、リチウムイオン二次電池の計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも高い状態においては、加熱が行われない。したがって、放電末期のＳＯＣが低いときにのみリチウムイオン二次電池が加熱されることから、加熱によるオリビン系リチウム複合リン酸塩の劣化を抑制しながら、電池容量を向上させることができる。さらに、放電容量の向上に余り寄与しない加熱が排除されることから、無用のエネルギの消費を防止することができる。なお、設定ＳＯＣおよび設定温度は、例えば、リチウムイオン二次電池システムと接続される負荷装置（外部機器）が要求する放電レートと関連付けて、予め設定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
電池パック１０は、複数のリチウムイオン二次電池１１（１１ａ、１１ｂ、…、１１ｎ）からなる組電池１２と、電池制御部１３と、各リチウムイオン二次電池１１を加熱する加熱部とを備えている。これらは、例えば、樹脂製の図略の筐体内に収容されている。組電池１２は、その筐体外に延出された正極側の接続端子１２ａおよび負極側の接続端子１２ｂと電気的に接続されている。接続端子１２ａおよび接続端子１２ｂは、それぞれ、負荷装置１５の正極側の接続端子１５ａおよび負極側の接続端子１５ｂと接続されている。負荷装置１５には、代表的には、ハイブリッドカーおよび電気自動車等の駆動用電動機を使用することができる。あるいは、ノートパソコン、並びに携帯電話等の電子機器を使用することもできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
ＳＯＣ計測部は、タイマ１７と、組電池１２の各リチウムイオン二次電池１１を流れる電流を検出する電流センサ１６と、電流センサ１６の出力信号に基づいて、各リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算部１８とを含む。図示例の組電池１２では、全てのリチウムイオン二次電池１１が直列に接続されているために、ただ１つの電流センサ１６が、組電池１２と端子１２ａとの接続ラインに配置されている。組電池１２の内部に並列接続がある場合には、並列接続関係にある各グループの電池の電流を検出するために、複数の電流センサ１６を配置する必要性が生じることがある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
ＳＯＣ演算部１８は、電流センサ１６により検出された放電電流値と、タイマ１７により計測された放電時間とを用いて、リチウムイオン二次電池１１の放電開始からの総放電電流の積算値を算出して残存容量を算出し、算出された残存容量［ｍＡｈ］をリチウムイオン二次電池１１の満充電状態の容量［ｍＡｈ］で割ることにより、リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣ（％）を演算する。なお、各リチウムイオン二次電池１１の開回路電圧（ＯＣＶ）を定期的に測定し、演算されたＳＯＣの誤差を定期的に補正するのが好ましい。電流センサ１６は、例えば、電流検出抵抗（current sensing resistor）であり、放電電流を電圧に変換して検出する。ＳＯＣ演算部１８による測定結果であるリチウムイオン二次電池１１のＳＯＣのデータは、逐次、記憶部２２に格納される。
【国際調査報告】
2011145250.tif 000007
2011145250.tif 000008
2011145250.tif 000009
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